水閘房屋建筑設(shè)計中抗風(fēng)設(shè)計研究

于飛

上海頤景建筑設(shè)計有限公司 上海 200331

引言

水閘作為圍墾工程的主要建筑物，在其設(shè)計上需要具備嚴(yán)格的設(shè)計要求，嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范來進(jìn)行設(shè)計。在國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時，人民的要求已經(jīng)不僅僅滿足于只是對規(guī)范的要求，在設(shè)計審美上也是需要重點考慮的問題，兼顧美觀的同時也能保證結(jié)構(gòu)性安全，是建設(shè)設(shè)計技術(shù)人員重點需要考慮的一個問題。水閘通常為一個獨立的單體建筑，如果要在建筑設(shè)計過程中考慮其美觀性，需要從屋蓋、立面門窗以及其外飾等部分來提升，通過其在線條、立面等進(jìn)行設(shè)計。另外，抗風(fēng)性也是一個不容忽視的問題，本文以筆者親身參與的項目為案例，探討針對水閘建筑設(shè)計過程中抗風(fēng)性的設(shè)計進(jìn)行了研究，旨在為同類型項目在設(shè)計過程中的注意要點提供一定的參考。

1 項目概況

項目位于某市南橋鎮(zhèn)北新村，項目總投資1880.85萬元，主要工程為拆除重建節(jié)制閘（閘孔凈寬6m）1座，配套管理房208.59m2、配電房44.94m2、管理區(qū)道路765.86m2、圍墻115m，新建內(nèi)河護(hù)岸84m、防汛通道252平方m2，種植陸域綠化1781.95m2。

項目建筑設(shè)計主要包括啟閉機房、管理用房、配電間及門庫，其中：

啟閉機房：底層19.43m2，機房層77.12m2，合計96.55m2

管理房：一層111.99m2，二層96.6m2，合計208.59m2。

配電間：單層44.94m2。

門庫：單層40.00m2。

總建筑面積合計：390.08m2。

廠區(qū)建筑風(fēng)格將簡潔、現(xiàn)代等元素進(jìn)行重組與穿插，以現(xiàn)代建筑簡潔線條組合。設(shè)計強調(diào)平面的簡潔與立面的豐富。簡潔明快的風(fēng)格與精巧、細(xì)致的細(xì)部設(shè)計，擺脫了乏味感，也體現(xiàn)了對新世紀(jì)的泵房建筑的展望。色彩與材質(zhì)上棄輕浮取活躍，來體現(xiàn)其新興化傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合的風(fēng)貌[1]。

圖1 項目建筑設(shè)計效果圖

2 水閘建筑抗風(fēng)設(shè)計參考標(biāo)準(zhǔn)

《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）是項目主要采用的設(shè)計規(guī)范，其對項目的等級、最大過閘流量都進(jìn)行了規(guī)定，包括5個級別。另外，《建筑建構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）為水閘建筑設(shè)計中抗風(fēng)設(shè)計主要參考的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，本項目采用50a的抗風(fēng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，水閘房屋要求較高的高聳結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)?shù)靥岣咂渲噩F(xiàn)期，其他的門窗、玻璃幕墻等均采用50a的重現(xiàn)期。

3 設(shè)計風(fēng)荷載的確定

風(fēng)荷載是建筑設(shè)計中受到的主要風(fēng)壓，荷載組合采用風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計值的確定，一般取0.6為組合值系數(shù)。承重結(jié)構(gòu)荷圍欄結(jié)構(gòu)的計算是風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的主要計算方式，在另外考慮高度變化系數(shù)、風(fēng)振系數(shù)以及體型系數(shù)來進(jìn)行計算，取值均可以通過《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）中來進(jìn)行選取。項目中，風(fēng)壓通過統(tǒng)計52年一遇的10min最大風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)來確定，高度需要選取10m高度[2]。

通常情況下，確定項目所在地的基本風(fēng)壓主要根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速資料以及查詢《全國基本風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值表》《全國基本風(fēng)壓分布圖》所得，采用W0=V20/1600來計算，為準(zhǔn)確起見，項目同時采用兩種方法來進(jìn)行取得，并對數(shù)值進(jìn)行比較，具體如下表所示。

表1 項目區(qū)域基本風(fēng)壓比較表（50a一遇）kPa

通過上表可知，該區(qū)域查詢?nèi)珖撅L(fēng)壓結(jié)果與計算的風(fēng)壓值情況相當(dāng)，臺風(fēng)在最大風(fēng)速風(fēng)壓計算下小于前面兩者的值，因此，項目的取值重點參考全國基本風(fēng)壓表以及計算的風(fēng)壓取值，項目從最不利因素考慮，最終選擇計算的風(fēng)壓取值1.52為項目風(fēng)壓值。

4 項目屋面建筑抗風(fēng)設(shè)計

通常，雪載、施工負(fù)載等是屋面建筑設(shè)計過程中重點考慮的問題，往往風(fēng)的因素缺考慮較少，項目由于其位置的獨特性，處于沿海區(qū)域在大風(fēng)下會使得屋面裝飾物脫落或者屋面局部被破壞的可能性，應(yīng)重點考慮抗風(fēng)因素[3]。

4.1 不同屋面形狀受到的風(fēng)壓影響

坡屋面通常會用于水閘房屋，就其抗風(fēng)性能來說，要好于普通的屋面。坡屋面的屋脊形狀可以很好地對吸力峰值進(jìn)行緩解，不同的屋面轉(zhuǎn)角度數(shù)也會呈現(xiàn)出不同的抗風(fēng)性能，如坡面傾角為19℃的屋面則會比45℃的效果抵抗能力增加50%。調(diào)研國內(nèi)不同的遭受破壞的屋面結(jié)構(gòu)，屋面轉(zhuǎn)角、屋脊等區(qū)域均破壞較嚴(yán)重，因此針對水閘建筑的抗風(fēng)設(shè)計需要重點考慮屋面形狀及其結(jié)構(gòu)形式，兼顧懸挑長度、前緣外形等，在風(fēng)壓1.52kpa下有較好的抗風(fēng)性能。

4.2 針對女兒墻的屋面風(fēng)壓分布影響分析

針對女兒墻的抗風(fēng)影響分析，低矮的女兒墻與較高女兒墻在1m臨界高度下進(jìn)行對比，較高的女兒墻可以很好地緩解屋面轉(zhuǎn)角的吸力，對風(fēng)壓進(jìn)行平均受力，減少局部受力而使得墻體遭到破壞，因此針對項目的女兒墻高度應(yīng)該適當(dāng)（高于1m），減少風(fēng)壓和負(fù)壓峰值。

4.3 針對屋面建筑的抗風(fēng)設(shè)計

圖2 屋面建筑設(shè)計示意圖

通過屋面抗風(fēng)性能的分析，針對水閘房屋在設(shè)計上需要重 點對屋檐、屋脊以及屋面轉(zhuǎn)角等高受力部分進(jìn)行設(shè)計，對這些部分進(jìn)行構(gòu)件加固，采用現(xiàn)澆施工來處理屋面與混凝土區(qū)域，對屋壁以及屋頂之間采用全封閉處理，盡可能使用四坡屋面來進(jìn)行房屋屋面設(shè)置，禁止采用掛瓦構(gòu)造設(shè)計形式，在施工過程中可以對屋面進(jìn)行粗糙度處理，降低風(fēng)吸力，女兒墻需要保持在1m以上高度，通過屋頂進(jìn)行分離渦流，起到對屋頂進(jìn)行負(fù)壓峰值降低的效果[4]。

5 項目房屋門窗抗風(fēng)設(shè)計研究

5.1 門窗設(shè)計中抗風(fēng)能力分析

針對水閘房屋建筑的門窗設(shè)計需要重點考慮抗風(fēng)的能力。門窗的抗風(fēng)能力一般通過抗風(fēng)壓、水密性、隔音性能以及氣密性來進(jìn)行評價。

抗風(fēng)壓性能同樣是水閘房屋建筑需要首先考慮的問題，項目門窗構(gòu)件需要在允許的變形范圍內(nèi)設(shè)計，在這種情況下，衍生出對窗型以及門窗材料、框體材料的選取。其中門窗材料一般選用的是玻璃材料，本項目通過參考《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ113-2003）來設(shè)計出在不同風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值下玻璃材料、面積選用。以區(qū)域內(nèi)同類型項目為例，如果門窗采用四邊的支撐玻璃，厚度取7mm，基本風(fēng)壓取1.52kpa，陣風(fēng)系數(shù)取1.53，體型系數(shù)取0.8，風(fēng)壓高度變化系數(shù)取1.52，通過以上數(shù)據(jù)計算出的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.3kPa，參考風(fēng)荷載值計算結(jié)果，項目選用的玻璃如下表所示。

表2 玻璃選用相關(guān)參數(shù)

在確定門窗材料的的基礎(chǔ)上，另外考慮的就是窗體材料以及門窗密封性能的因素了。通常，框窗的縫隙以及是決定密封性的主要因素，調(diào)研市場窗體情況，鋼制門窗、鋁合金門窗以及塑鋼類門窗是主要的框體材料，如果在沿海城市的門窗設(shè)計進(jìn)行考慮，需要兼顧抗風(fēng)能力以及海水鹽霧的影響情況，不同類型的門窗在抗風(fēng)性能、氣密性、水密性以及保溫節(jié)能等方面有不同的優(yōu)缺點，總體來看，塑鋼類型的門窗由于其具備PVC型材和空腔內(nèi)增強型鋼，進(jìn)行硅膠加橡膠進(jìn)行密封，在隔熱、氣密性、水密性以及節(jié)能環(huán)保上均優(yōu)于鋁合金門窗。

5.2 門窗建筑的抗風(fēng)能力設(shè)計

門窗建筑上抗風(fēng)設(shè)計考慮框體材料、面體材料以及開啟方式等因素，框體材料優(yōu)先使用塑鋼門窗，PVC型材厚度需要控制在3mm作用，用優(yōu)質(zhì)鋼進(jìn)行腔體襯金，控制厚度在1.5～2.5mm之間，面體上根據(jù)計算出的玻璃風(fēng)荷載取值來進(jìn)行設(shè)計。開啟方式上設(shè)計為平開式，再添加優(yōu)質(zhì)橡膠材料來進(jìn)行抗雨水性、密封性等。

在開啟窗口上設(shè)計擋水批條，可以有效減少雨水滲漏，對于框邊高度的需要重點加高，設(shè)置有排水槽，進(jìn)一步減少雨水的入滲，考慮到臺風(fēng)的影響，項目還需要在門窗外側(cè)增加備用副框并且對門窗洞口進(jìn)行封閉處理。

6 結(jié)束語

抗風(fēng)能力的設(shè)計是針對水閘房屋建筑設(shè)計項目中重點考慮的一個因素，房屋在不同區(qū)域需要設(shè)計出能夠抵抗區(qū)域內(nèi)最大風(fēng)載的結(jié)構(gòu)、材料，進(jìn)行理論與實踐相結(jié)合，并且提出適應(yīng)區(qū)域氣候變化的水閘建筑是抗風(fēng)能力設(shè)計的關(guān)鍵。